Radiācijas fizikas laboratorija

Radiācijas fizikas laboratorijas (RFL) darbības pamatvirzieni ir eksperimentālie un teorētiskie kodolu struktūras pētījumi, kā arī kodolfizikas metožu izmantošana apkārtējās vides un fizikālo procesu pētījumos.

Atkarībā no konkrētā kodola protonu un neitronu skaita un ierosinājuma enerģijas, tā formu var aprakstīt kā stipri deformētu aksiāli-simetrisku rotatoru, γ-nestabilu trīsasu rotatoru, vai sfēru. Kodola formas izmaiņa būtiski iespaido kodola īpašības, it sevišķi tā zemāko ierosināto līmeņu sabrukšanas shēmu. RFL veicamie kodolu struktūras pētījumi galvenokārt saistīti ar deformācijas pārejas apgabalu ap masas skaitli A~190. Šī apgabalā kodolu struktūrā novērojamo formas maiņas fāzu pārejas izraisīto efektu izpētei ir liela nozīme mūsdienu kodola uzbūves modeļu attīstībā. 

Beidzamā laikā RFL pievērsusies arī pētījumiem par kodolreakciju izraisītā sekundārā starojuma ietekmi uz materiālu struktūru. Šie efekti kļūst būtiski, ja materiāli tiek pakļauti intensīvam jonizējošo daļiņu starojumam ar enerģiju virs ~5 MeV/daļiņa. Šiem pētījumiem ir nozīme pielietojumos kā materiālu zinātnēs, tā arī medicīnā.

Kodolfizikas metožu praktisko pielietojumu jomā RFL veic dabisko (⁴⁰K, ²³²Th, ²²⁶Ra, ²³⁸U), un mākslīgo (¹³⁷Cs, ³H) izotopu aktivitātes mērījumus dažādos paraugos: būvmateriālos, augsnē, grunts ūdeņos, dzeramajā ūdenī, u.c. Šie mērījumi tiek veikti ievērojot visas laboratorijas kompetences standarta LVS EN ISO/EIC 17025:2005L prasības.

Laboratorijā tiek veikta materiālu un tehnoloģiju izveide un izpēte (R&D) izmantošanai hologrāfijā, litogrāfijā un difraktīvajā optikā.

Galvenie pētījumu temati:

• fotoinducētie procesi plānās amorfo halkogenīdu kārtiņās;
• hologrāfiskais ieraksts amorfajos halkogenīdu pusvadītājos;
• hologrāfijā un fotolitogrāfijā izmantojamu fotorezistu ar augstu fotojutību izveide un izpēte;
• difraktīvo optisko elementu un Brega režģu struktūru izstrāde un izpēte;
• gaismas inducēto virsmas reljefa veidošanās procesu izpēte amorfajos halkogenīdu pusvadītājos un organiskos azo-polimēru materiālos.

Aktuālie pētījumi:

• fotoinducētas optisko īpašību izmaiņas amorfās As-S-Se sistēmās;
• hologrāfisks virsmas reljefa ieraksts un tā veidošanās procesu izpēte amorfos halkogenīdos un organiskos azo-polimēru materiālos;
• fotorezistu ar augstu fotojutību spektra redzamajā un UV 300-700nm diapazonā izveide un izpēte;
• uz amorfo halkogenīdu bāzes veidotu plakano viļņvadu izveide un izpēte.

Aktīvie projekti:

ERAF projekti (LIAA administrētie)

Hologrāfiskā ieraksta materiālu izstrāde uz azo-benzola un epoksīda savienojumu bāzes (2020-2022)

Realizētie projekti:

LZP granti

Kodolstruktūras fundamentālie pētījumi un kodolfizikas praktiskie pielietojumi (2009-2012)

Nozīmīgi rezultāti tika iegūti izstrādājot un teorētiski interpretējot nepāra-nepāra ¹⁹²Ir ierosināto līmeņu shēmu līdz ~ 530 keV enerģijai. Šajā darbā tika izmantoti agrāk veikto eksperimentu rezultāti. Tika parādīts, ka ¹⁹²Ir ilgi dzīvojošā (241 gadi) izomērā stāvokļa struktūra un kvantu skaitļi ir 11- (p:11/2[505] + n:11/2[615]), tāpat kā abos kaimiņu nepāra-nepāra izotopos ^190,194Ir.  Būtisks sasniegums ir trīs jaunu gamma-vibrācijas stāvokļu atklāšana ¹⁹²Ir kodola struktūrā.

Izmantojot siltuma neitronu satveršanas reakcijas γγ-sakrišanu mērījumu datus, kas iegūti ar liela tilpuma Ge detektoriem reaktorā Režā (Čehija), un summāro γ-starojuma spektru enerģijas intervālā no 105 līdz 1860 keV, kas reģistrēts ar augstas izšķirtspējas kristāla difrakcijas spektrometru GAMS5 Grenoblē, tika izstrādāta nepāra-nepāra ¹⁸⁸Re kodola ierosināto līmeņu shēma līdz ~1.5 MeV. Izveidotā ¹⁸⁸Re shēma satur 175 enerģētiskos līmeņus: 114 negatīvās pārības līmeņus, un 61 pozitīvās pārības līmeņus. Iegūtās līmeņu shēmas analīze divu kvazidaļiņu un rotatora mijiedarbības modeļa ietvaros ļāva atklāt aksiāli-simetrisko un neaksiālo stāvokļu līdzāspastāvēšanu ¹⁸⁸Re, kas ir raksturīga deformācijas pārejas apgabala kodoliem.

2012. gadā uzsākts darbs pie nepāra-nepāra ¹⁸⁶Re kodola struktūras pētījumiem. Izmantojot bagātināto ¹⁸⁵Re mērķi tika veikti siltuma neitronu satveršanas reakcijas mērījumi Grenoblē. Summārais γ-starojuma spektrs tika nomērīts enerģijas intervālā no 100 keV līdz 2 MeV ar augstas izšķiršanas spējas spektrometru GAMS5. Summārā spektra apstrāde ļāva noteikt enerģijas un intensitātes pāri par ¹⁸⁸Re 500 γ-līnijām. Izmantojot iegūtos datus, kā arī Minhenes tandēma paātrinātājā iegūtos ¹⁸⁷Re(p,d)¹⁸⁶Re reakcijas mērījumu rezultātus, notiek darbs pie ¹⁸⁶Re ierosināto līmeņu shēmas tālākas attīstīšanas.

RFL eksperimentālie kodolu pētījumi ir cieši saistīti ar teorētiskajiem kodolu struktūras aprēķiniem, izmantojot gan kolektīvos (rotatora plus daļiņas), gan algebriskos (bozonu mijiedarbības) kodolu modeļus. Šie aprēķini ļauj noteikt robežu, līdz kurai var izmantot tradicionālo kodolu modeļu priekšstatus kritiskos apgabalos, kad notiek kodola formas kvantu fāžu pārejas no izstieptās uz saspiesto formu, kā arī no deformētās uz sfērisko. Nepāra-nepāra kodolu gadījumā veiktie modeļa aprēķini ļauj iegūt informāciju par valences nuklonu atlikuma mijiedarbību kodola serdes vidējā laukā un pētīt NN-mijiedarbības potenciāla izotopisko atkarību. Pārejas apgabala kodoli, pateicoties lielam ierosināto līmeņu blīvumam, ir interesants objekts kvantu haosa pētījumiem saistībā ar kodola formas fāžu pārejām.

Kodolfizikas metožu pielietojumu jomā RFL zinātnieki turpina darbu pie mākslīgo radionuklīdu: ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ³H augsnes, gruntsūdeņu un virszemes ūdeņu paraugos potenciāli piesārņotās vietās Latvijā. Iegūti dati par radionuklīdu akumulāciju un migrāciju ilgstošā laika posmā, to atkarību no gadalaika un klimatiskajiem apstākļiem. Monitorings veikts zonās ap Salaspils slēgto kodolreaktoru un radioaktīvo atkritumu glabātuvi. Veikti pētījumi par masu attiecības cements/ūdens ietekmi uz cementa masas cietēšanu, cementējot šķidros radioaktīvos atkritumus, un par radionuklīdu: ³H un ¹³⁷Cs difūziju ūdenī sistēmā: cementa masa-ūdens.

Veikti pētījumi par radionuklīdu koncentrācijas atbilstību ES direktīvās noteiktai kvalitātei dzeramajā un pārtikas rūpniecībā izmantotajā ūdenī visā Latvijas teritorijā, kā arī detalizēti pētījumi par dabisko radionuklīdu (⁴⁰K, ²²⁶Ra, ²³²Th, ²³⁸U) saturu dažādu firmu ražotos celtniecības materiālos, kuru pamatā ir māls.

Papildus tiešo aktivitātes mērījumu veikšanai vides un tehnoloģiskajos paraugos noris darbs pie jaunu pielietojamās kodolfizikas metodiku izstrādes radionuklīdu noteikšanai dažādās matricās, izmantojot gamma un beta spektrometriju. Tāpat noris darbs pie priekšnosacījumiem, lai, izmantojot projektējamo ciklotronu, atjaunotu Latvijā aktivācijas analīzes metodes pielietošanu materiālu izotopiskā sastāva pētījumiem.

Laboratorijā veikti fotoinducētie masas pārneses procesi gan amorfās halkogenīdu (As-S, As-S-Se, un Ge-Se sistēmas), gan azo-benzola saturošos organiskos savienojumos. Parādīts, ka organisko azobenzolu saturošie savienojumi ir apmēram 10³ reizes jutīgāki par halkogenīdu materiāliem. Labākā virsmas reljefa ieraksta jutība organiskajos materiālos ir ap 25 nm cm²/J [4].

Izstrādāta imersijas tehnoloģija maza perioda režģu hologrāfiskajam ierakstam, kas dod iespēju ar 491 nm lāzeri As₂S₃ kārtiņās ierakstīt režģus ar periodu 150 – 400 nm (skatīt att 2.).

Izstrādāta vienstara režģu ieraksta tehnoloģija, kas dod iespēju iegūt režģus ar periodu virs 5 mm un reljefa dziļumu līdz 40 mm (skatīt att. 3).

Sintezēti un izpētīti azo-benzola saturoši epoksīda savienojumi ar labu gaismas jutību un lētu izgatavosanas tehnoloģiju [3, 8].

Latvijā:

• Rīgas Tehniskās universitātes Ķīmiskās fizikas institūts;
• Rīgas Tehniskās universitātes Silikātu materiālu institūts;

Francijā:

• Laues-Lanževēna institūts, Grenoble (Dr. M. Jentschel);

Polijā:

• Varšavas universitāte (Dr. W.Urban)

ASV

• Misisipi Univeristāte (Prof. A.Afanasjev)
• Boise State University

Čehija:

• University of Pardubice

Bulgārija:

• Bulgarian Academy of Sciences

Manika, I.  Email Author, Zabels, R., Maniks, J., Schwartz, K., Grants, R., Krasta, T., Kuzmin, A. Formation of dislocations in LiF irradiated with 3He and 4He ions,(2018) Journal of Nuclear Materials, Volume 507, August 15, Pages 241-247 doi.org/10.1016/j.jnucmat.2018.05.005

I.Manika, R.Zabels, J.Maniks, K.Schwartz, R.Grants, T.Krasta, A.Kuzmins. Formation of dislocations in LiF irradiated with 3He and 4He ions. J. of Nucl.Mat., 507, 2018, pp. 241-247.

D.Riekstina, J.Berzins, T.Krasta, G.Kizane, J.Rudzitis. Impact of the former Salaspils nuclear reactor on the surrounding territory. Latvian J. of Phys. and Techn. Sciences,  Vol. 52, No. 3, 2016, pp. 67-76.

D. Riekstina, J. Berzins, T. Krasta, O. Skrypnik, J. Alksnis. Longtime radionuclide monitoring in the vicinity of Salaspils nuclear reactor, “Strahlenschutz fur Mensch und Umwelt”, Publication Series: Fachverband fur Strahlenschutz e.V., 2016, pp.182-187.

J. Bērziņš, T. Krasta , L. Simonova, M. Balodis, V. Bondarenko, M. Jentschel, W. Urban, I. Tomandl. Levels of ¹⁸⁸Re nucleus populated in thermal neutron capture reaction. Nucl. Phys,. A947, 2016, p.76-126.

M. Balodis, T. Krasta. Levels of two-particle and gamma bands in ¹⁹²Ir. Nucl.Phys. A933, 2015, pp.189-211.

D.Riekstina, J.Berzins, T. Krasta, R. Svinka, O.Skrypnik. Natural radioactivity in clay and building materials used in Latvia. Latvian J. of Phys. and Techn. Sciences., V. 52, Nr. 3, 2015, pp. 58-66

D. Riekstina, V. Skvorcova, O. Veveris. Application INNA for investigation of magnesium and aluminium materials. J. of Radioan. and Nuclear Chemistry, 2013, V, Issue, pp. 1907-1911.

M. Balodis, I. Tomandl, V. Bondarenko, L. Simonova, T. Krasta, J. Bērziņš. Low-lying levels of ¹⁸⁸Re nucleus from gamma-gamma coincidence measurements, Nuclear Physics A 847, 2010, pp.121–148.

D.Riekstina, O.Veveris, A.Skujina, A.Zalkalne. Liquid scintillation spectrometric method for monitoring tritium in ground waters. LSC 2005, Advances in Liquid Scintillation Spectrometry, Univ. of Arizona, 2007, pp.355-358.

J.Proskurins, A.Andrejevs, T.Krasta, J.Tambergs. Studies of Phase Transitions and Quantum Chaos Relationships in Extended Casten Triangle of IBM-1. Physics of Atomic Nuclei (Russia), vol.69, No.7, 2006, pp. 1248-1253. 

Trinkler, L., Trukhin, A., Cipa, J., Berzina, B., Korsaks, V., Chou, M.M.C., Li, C.-A. Spectral and kinetic characteristics of pyroelectric luminescence in LiGaO2 (2019) Optical Materials, 94, pp. 15-20.  10.1016/j.optmat.2019.05.014

Mikelsone, J., Teteris, J., Reinfelde, M., Enhancement of Photosensitivity in Azo-Epoxy Resists for Direct Holographic Recording (2019) Optoelectronics and Advanced Materials 13 (11-12), p.576-579)

Tyler Nichol, Janis Teteris, Mara Reinfelde, Maria Mitkova Dual Effect of Light Irradiation for Surface Relief Gratings Formation in Se-rich Ge-Se Thin Films, (2019) Advanced Materials Letters, Volume 10, Issue 12, Pages 868 - 873, 10.5185/amlett.2019.0012

M. Reinfelde, M. Mitkova, T. Nichol, Z.G.Ivanova, J. Teteris, Photoinduced mass transport in Ge-Se amorphous films, Chalcogenide Letters, 15 (2018) 35-43.

A.Gerbreders, M. Reinfelde, A. Bulanovs, A. Tokmanovs, K. Traskovskis, J. Teteris, Influence of acid-base modifiers on photoinduced mass transport in amorphous azobenzene amino acid, Journ. of Optoelectronics and Advanced Materials, 20 (2018) 52-55.

J. Miķelsone, J. Teteris, Surface relief grating recording in azobenzene epoxy films, Journ. of Optoelectronics and Advanced Materials, 20 (2018) 224-228.

J. Teteris, Surface relief grating recording in amorphous chalcogenide and azobenzene compounds, Journ. of Optoelectronics and Advanced Materials, 20 (2018) 229-234.

Ivanova Z.G, Zavadil J., Kostka P., Djouama T., Reinfelde M., Photoluminescence properties of Er-doped Ge-In(Ga(-S glasses modified by caesium halides, Phys.Stat.Sol. (B) 254 (6), 1600662 (2017) 

M.Reinfelde, L.Loghina, Z.G.Ivanova, J.Teteris, U.Gertners, S. Slang, M. Vlcek, Photoinduced surface relief grating formation in amorphous As₄₀S_60-xSe_x thin films, JOAM, 18 (2016) 1-4.

U.Gertners, J.Teteris, All-Optical Surface Micropatterning by Electric Field Intensity Gradient, Adv.in OptoElectronics, vol.2015, ID917029 (2015), 8 pages.

J.Aleksejeva, M.Reinfelde, J.Teteris, Direct surface relief patterning of azo-polymers films via holographic recording, Can. J.Phys., 92 (2014) 842-844.

M.Reinfelde, J.Teteris, Surface relief and polarization holographic grating formation in amorphous As-S-Se films. JOAM, 13 (2011) 1531-3.

U.Gertners, J.Teteris, Surface relief formation in amorphous chalcogenide thin films during holographic recording, Opt.Mat. 32 (2010) 807-810.